大禹治水 变堵为疏 攻克电池热失控难题 解析长城汽车大禹电池技术

2021 10/06 09:34
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在全球节能环保和减少碳排放的大势下,整个汽车行业都在向着节能化、新能源化发展。同时,世界各国在国家政策层面也提出了相应的政策与要求。例如我国就在去年发布了指导性文件《节能与新能源汽车技术路线图2.0》,明确

  在全球节能环保和减少碳排放的大势下,整个汽车行业都在向着节能化、新能源化发展。同时,世界各国在国家政策层面也提出了相应的政策与要求。例如我国就在去年发布了指导性文件《节能与新能源汽车技术路线图2.0》,明确指出,到2035年,汽车产业要实现电动化转型,传统能源动力乘用车全部为混合动力,新能源汽车成为主流,节能汽车与新能源汽车销量将各占50%。而无论是节能汽车,还是当前可见的新能源类型汽车,几乎全部离不开动力电池的应用,因此,电池技术的发展,将成为汽车行业未来发展的核心之一。

  电池技术发展困境 高能量密度与高安全存在矛盾

  电池的性能包括能量密度,放电功率,安全性(热稳定性)、低温活跃性以及容量衰减等。其中,放电功率与电池内阻等因素相关,深层次看,主要需要看两个条件:1.电芯材料的稳定性;2.电芯材料的导电性。说到底还是解决热稳定性的问题。而电池的衰减问题,也随着技术的发展近年来不断降低,各厂商也对电池的质保时间的不断延长,容量衰减问题越来越不为消费者所关心;因此,当前动力电池技术发展主要是不断寻求能量密度、安全性与低温活跃性的突破,但三者之间存在一定的矛盾性,特别是高能量密度和高安全性之间,两者很难同步提升。

  大禹电池技术实现电池热失控全面防护 高安全、高能量密度可同时兼得

  面对电池安全以及高安全与高能量密度不可兼得的问题,今年长城汽车第8届科技节上,长城汽车首次推出了以“大禹治水,变堵为疏”为设计思路,能够解决动力电池热失控问题的“大禹电池技术”,并率先实现在电池正常使用生命周期内永不起火、永不爆炸的安全承诺。

  在实际应用中,市面上主流的动力电池有两种,三元锂电池和磷酸铁锂电池。众所周知,三元锂电池低温活跃性较强,能量密度随三元材料中的镍占比提高而提升,能量密度上限高,但热稳定性也呈现出下降趋势。而磷酸铁锂电池热稳定性更佳,但低温活性相对较差,同时电芯导电性稍差,整体性能表现上限较三元锂电池低。因此,解决高镍三元锂电池的热稳定性问题,可以整体提高未来汽车行业的各项性能表现,如续航里程增加,充电速度提升,轻量化整车驾驶性能提升等。

大禹治水 变堵为疏 攻克电池热失控难题 解析长城汽车大禹电池技术

  当前,行业公认的能量密度最高,但同时也存在热失控风险最大的,是NCM811三元锂电池。长城汽车大禹电池技术展示的即是大禹电池技术加持下的 NCM811电池包。当然,大禹电池技术不仅可以匹配当下最高能量密度的811高镍电芯,同时还可以匹配未来更高能量密度的电芯,打破了高安全、高能量密度不可兼得的技术瓶颈,技术设计考虑长远,剑指未来,放眼全球尚属首创。

  大禹电池技术核心技术原理是通过热源隔断、双向换流、热流分配、定向排爆、高温绝缘、自动灭火、正压阻氧、智能冷却8大全新设计理念以及数十项核心技术专利,通过多项技术相互融合,保证了“大容量高镍电芯”、“电池包任意位置”、“单个或多个电芯”触发热失控的情况下均能实现不起火、不爆炸。

  科技创新驱动技术突破,详解长城汽车大禹电池技术的8大核心

  大禹电池技术主要围绕“动力电池热失控”痛点推出。通过4层5维底层安全矩阵即电芯、模组、电池系统、整车四层匹配电芯测试、系统数据、安全设计、虚拟仿真、测试验证五个维度设计理念,实现电池热失控安全全防护。8大核心技术,有效保证动力电池不起火不爆炸。8大核心分别是:

  热源隔断

  热源阻隔技术是电芯间采用长城汽车全新开发的双层复合材料,实现既能隔离热源,又耐火焰冲击,有效解决了传统气凝胶不耐冲击的痛点。

大禹治水 变堵为疏 攻克电池热失控难题 解析长城汽车大禹电池技术

  双向换流

  双向换流技术是针对热失控过程中会产生大量高温、高压气火流,通过双向换流可实现热源在电池包内安全流动,减少热源对相邻模组热冲击,避免二次引燃。

  热流分配

  热流分配技术是通过燃烧模型、热流体力学、冲击强度和压力计算等应用研究,可实现气火流在多种结构通道内的均匀分布。

  定向排爆,高温绝缘

  定向排爆、高温绝缘技术是结合电芯防爆阀位置,设计热失控后气火流路径,并通过分流、导流,双向换流将火源快速引导至灭火通道并安全排出。同时对高压连接及高压安全区域进行高温绝缘防护,消除高压起弧危险。

  自动灭火,正压阻氧

  自动灭火,正压阻氧技术是在定向排爆出口设置多层不对称蜂窝状通道,可保持包内压力始终高于包外,避免因氧气进入导致二次燃烧。

  智能冷却

  智能冷却技术是针对当电池管理系统有效识别电芯已触发热失控,通过BMS和云端双重监控,整车可快速开启冷却系统并抑制电池热扩散。

  除此之外,大禹电池技术计划于2022年全面应用,面向下一代全新电动车平台,应用于长城汽车旗下新能源系列车型。另外,为了推动新能源汽车的发展,最大范围保障用户安全,长城汽车大禹电池将对全社会免费开放专利。

大禹治水 变堵为疏 攻克电池热失控难题 解析长城汽车大禹电池技术

  抵住最严测试,才可安全无忧

  年销量逾百万的车企有着极其严格的技术开发流程,大禹电池技术能够实现在电池正常使用生命周期内永不起火、永不爆炸不是凭空许诺,其在产品验证过程中采用了史上同级最严格测试,抗住了最高1037℃高温,电池包内气压达到三次高峰;连续3次热失控,电池包依然不起火、不爆炸,灭火系统能够抑制电池包外溢烟雾最高温度低于100摄氏度,避免对周围产生二次伤害,成功通过对NCM811大容量电芯全球最严苛的安全测试。

  而长城汽车能够在动力电池行业起步不久即迅速推出大禹电池技术这样能够精准控制气火流,抑制电池起火爆炸的先进技术,解决动力电池安全这个社会行业痛点,则是要归功于其在开发阶段即开创性采用验证过程中气流和火流多维度拟合仿真的设计方式,颠覆了热失控领域先开发再测试的传统方式,电池安全技术的更多升级为研发提供坚实基础。

  守住安全底线,方可行的更远

  一家优秀的车企需要具备超强的核心竞争力,如先进的技术实力支撑产品研发,前瞻性的战略引领车企发展。如今汽车动力面临材料、技术升级,新能源汽车在提升续航的同时绝不能忽视安全问题,否则就是倒行逆施、舍本逐末。长城汽车大禹电池技术凭借不起火、不爆炸的技术突破,牢牢守住新能源汽车的安全底线,相信未来几年势必会在新能源汽车领域大放异彩。


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